Skip to main content
返回术语表
functions难度:基础functionsmonotonicityincreasing
Bagikan

单调性dāndiàoxìng

kemonotonan
4 分钟阅读
更新于 2025-01-24
已完成

Konsep Dasar

Kemonotonan menggambarkan apakah suatu fungsi selalu naik atau selalu turun pada suatu interval. Suatu fungsi dikatakan monoton pada suatu interval jika fungsi tersebut seluruhnya naik atau seluruhnya turun di sepanjang interval tersebut.

Definisi

Fungsi Naik (递增函数)

Fungsi ff monoton naik pada interval II jika: x1,x2I:x1<x2f(x1)<f(x2)\forall x_1, x_2 \in I: \quad x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) < f(x_2)

Secara setara: input lebih besar → output lebih besar.

Fungsi Turun (递减函数)

Fungsi ff monoton turun pada interval II jika: x1,x2I:x1<x2f(x1)>f(x2)\forall x_1, x_2 \in I: \quad x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) > f(x_2)

Secara setara: input lebih besar → output lebih kecil.

Kemonotonan Tidak Ketat

  • Tidak turun: x1<x2f(x1)f(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) \leq f(x_2)
  • Tidak naik: x1<x2f(x1)f(x2)x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) \geq f(x_2)

Metode untuk Menentukan Kemonotonan

Metode 1: Metode Definisi (定义法)

  1. Ambil sembarang x1,x2x_1, x_2 pada interval dengan x1<x2x_1 < x_2
  2. Hitung f(x1)f(x2)f(x_1) - f(x_2)
  3. Tentukan tanda selisihnya:
    • Selalu negatif → monoton naik
    • Selalu positif → monoton turun

Contoh: Buktikan bahwa f(x)=x2f(x) = x^2 monoton naik pada (0,+)(0, +\infty).

Untuk 0<x1<x20 < x_1 < x_2: f(x1)f(x2)=x12x22=(x1x2)(x1+x2)f(x_1) - f(x_2) = x_1^2 - x_2^2 = (x_1 - x_2)(x_1 + x_2)

Karena x1<x2x_1 < x_2: (x1x2)<0(x_1 - x_2) < 0 Karena x1,x2>0x_1, x_2 > 0: (x1+x2)>0(x_1 + x_2) > 0

Maka: f(x1)f(x2)<0f(x_1) - f(x_2) < 0, artinya f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2).

Kesimpulan: f(x)=x2f(x) = x^2 monoton naik pada (0,+)(0, +\infty).

Metode 2: Metode Turunan (导数法)

Untuk fungsi yang terdiferensialkan:

  • f(x)>0f'(x) > 0 pada interval IIff monoton naik pada II
  • f(x)<0f'(x) < 0 pada interval IIff monoton turun pada II

Contoh: Tentukan interval kestasioneran f(x)=x33xf(x) = x^3 - 3x.

f(x)=3x23=3(x21)=3(x1)(x+1)f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x^2 - 1) = 3(x-1)(x+1)

  • f(x)>0f'(x) > 0: ketika x<1x < -1 atau x>1x > 1
  • f(x)<0f'(x) < 0: ketika 1<x<1-1 < x < 1

Interval monoton:

  • Naik: (,1)(-\infty, -1) dan (1,+)(1, +\infty)
  • Turun: (1,1)(-1, 1)

Kemonotonan Fungsi Umum

FungsiInterval NaikInterval Turun
y=kx+by = kx + b (k>0k > 0)(,+)(-\infty, +\infty)
y=kx+by = kx + b (k<0k < 0)(,+)(-\infty, +\infty)
y=x2y = x^2[0,+)[0, +\infty)(,0](-\infty, 0]
y=1xy = \dfrac{1}{x}(,0)(-\infty, 0), (0,+)(0, +\infty)
y=xy = \sqrt{x}[0,+)[0, +\infty)
y=axy = a^x (a>1a > 1)(,+)(-\infty, +\infty)
y=axy = a^x (0<a<10 < a < 1)(,+)(-\infty, +\infty)

Soal Latihan CSCA

💡 Catatan: Soal latihan berikut dirancang berdasarkan kurikulum ujian CSCA.

Contoh 1: Dasar (Kesulitan ★★☆☆☆)

Tentukan interval monoton dari f(x)=x2+4xf(x) = -x^2 + 4x.

Penyelesaian:

f(x)=(x24x)=(x2)2+4f(x) = -(x^2 - 4x) = -(x - 2)^2 + 4

Ini adalah parabola terbuka ke bawah dengan puncak di x=2x = 2.

  • Naik: (,2](-\infty, 2]
  • Turun: [2,+)[2, +\infty)

Jawaban: Naik pada (,2](-\infty, 2], turun pada [2,+)[2, +\infty)


Contoh 2: Menengah (Kesulitan ★★★☆☆)

Buktikan bahwa f(x)=xx+1f(x) = \dfrac{x}{x+1} monoton naik pada (1,+)(-1, +\infty).

Penyelesaian:

Misalkan 1<x1<x2-1 < x_1 < x_2.

f(x1)f(x2)=x1x1+1x2x2+1f(x_1) - f(x_2) = \dfrac{x_1}{x_1+1} - \dfrac{x_2}{x_2+1}

=x1(x2+1)x2(x1+1)(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1(x_2+1) - x_2(x_1+1)}{(x_1+1)(x_2+1)}

=x1x2+x1x1x2x2(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1x_2 + x_1 - x_1x_2 - x_2}{(x_1+1)(x_2+1)}

=x1x2(x1+1)(x2+1)= \dfrac{x_1 - x_2}{(x_1+1)(x_2+1)}

Karena x1<x2x_1 < x_2: pembilang <0< 0 Karena x1,x2>1x_1, x_2 > -1: (x1+1)(x2+1)>0(x_1+1)(x_2+1) > 0

Maka: f(x1)f(x2)<0f(x_1) - f(x_2) < 0, sehingga f(x1)<f(x2)f(x_1) < f(x_2).

Kesimpulan: f(x)f(x) monoton naik pada (1,+)(-1, +\infty).


Contoh 3: Lanjutan (Kesulitan ★★★★☆)

Jika f(x)=x22ax+1f(x) = x^2 - 2ax + 1 monoton naik pada [1,+)[1, +\infty), tentukan rentang nilai aa.

Penyelesaian:

f(x)=(xa)2+1a2f(x) = (x - a)^2 + 1 - a^2

Puncaknya berada di x=ax = a.

Agar f(x)f(x) monoton naik pada [1,+)[1, +\infty), puncak harus berada di x=1x = 1 atau di sebelah kirinya.

Maka: a1a \leq 1

Jawaban: a1a \leq 1, yaitu (,1](-\infty, 1]

Sifat-sifat Fungsi Monoton

1. Aturan Komposisi

ffggfgf \circ g
NaikNaikNaik
NaikTurunTurun
TurunNaikTurun
TurunTurunNaik

Alat bantu ingat: "Sama → Naik, Berbeda → Turun" (同增异减)

2. Fungsi Invers

Jika ff monoton ketat, maka f1f^{-1} ada dan memiliki kemonotonan yang sama dengan ff.

Kesalahan Umum

❌ Kesalahan 1: Mencampurkan interval monoton dengan domain

Salah: y=1xy = \dfrac{1}{x} monoton turun pada (,+)(-\infty, +\infty)

Benar: y=1xy = \dfrac{1}{x} monoton turun pada (,0)(-\infty, 0) DAN pada (0,+)(0, +\infty) secara terpisah ✓

❌ Kesalahan 2: Menggabungkan interval yang tidak terhubung

Salah: y=1xy = \dfrac{1}{x} monoton turun pada (,0)(0,+)(-\infty, 0) \cup (0, +\infty)

Benar: Nyatakan interval secara terpisah: turun pada (,0)(-\infty, 0) dan pada (0,+)(0, +\infty)

❌ Kesalahan 3: Mengabaikan batas dalam pembuktian

Saat membuktikan kemonotonan, pastikan x1<x2x_1 < x_2 keduanya berada dalam interval yang ditentukan.

Tips Belajar

  1. Kuasai definisi: x1<x2x_1 < x_2 mengimplikasikan apa tentang f(x1)f(x_1) vs f(x2)f(x_2)?
  2. Hafal fungsi umum: Hafalkan kemonotonan fungsi standar
  3. Gunakan turunan: Untuk fungsi kompleks, metode turunan lebih cepat
  4. Jangan gabungkan interval terpisah: Selalu nyatakan setiap interval secara terpisah

💡 Tips Ujian: Untuk fungsi kuadrat, selalu cari titik puncak terlebih dahulu. Kemonotonan berubah di titik puncak!